基于BIM技術的墻地磚鋪貼定位儀的設計與應用

郭映霞 谷 裕

（山西應用科技學院，山西 太原 030000）

0 引言

在建筑裝飾裝修行業，地磚鋪貼仍主要是以人工操作為主。鋪貼前，需要人工彈出地面及標高控制線進行預鋪。在實際預鋪過程中，可能會出現墻地磚的尺寸、色彩、紋理存在誤差而需要進行不斷的調整、交換，整個過程中盡管使用了一些輔助裝置，但是仍需要手動設置鋪貼方向，才能實現整個區域的鋪滿施工。在墻磚、地磚鋪貼后，還需要借助靠尺、方尺、直尺、通線等工具進行鋪貼質量檢查，需要反復調整校對水平面，速度較慢，效率低，每天鋪貼有限數量的墻磚或地磚，而且鋪貼的質量問題較多，甚至引起返工，其直接影響了地面的裝飾效果。

隨著信息技術的快速發展，地磚的鋪貼工藝采用智能化、物聯網等新技術是一個很重要的方向。

研究設計出一款智能化的墻地磚鋪貼裝置。不僅解決施工過程中存在的接縫不平直、平面不平整、施工線不直等問題，還可以提高施工工人的作業精度和效率，節約時間，降低施工成本，施工質量達優，使業主滿意。

1 智能化墻地磚鋪貼定位提示儀研究動態

21世紀以來，建筑行業著力提升BIM、大數據、智能化、物聯網等信息技術的集成應用能力。Huang（2015）設計了基于卡爾曼濾波去漂移和Heron雙邊定位估計的實時射頻識別室內定位系統[1]。Zhou H（2017）展開基于RS485和射頻識別的智能技術的研究[2]，使裝置具有配置簡單、標定識別靈活、識別準確性高的特點。

為了提高地磚的鋪貼質量，新技術在地磚鋪貼裝置中的應用不斷增加。熊培朵等（2018）發明一種基于任意多邊形瓷磚多轉鋪貼方法[3]，有利于實現智能鋪貼方式，但工作量較大。吳靜等人的方法[4]需要設置夾角微調機構，在控制信號的驅動下，完成裝置地面與水平面之間的夾角的調整，其在使用過程中施工效率受限。張艷麗設計了基于圖像處理的自動鋪磚機[5]，通過攝像頭采集道路圖像，進行圖像灰度處理，實現磚塊寬度的自動調節，并利用地心引力原理進行鋪磚，將圖像采集技術應用于鋪磚機設計，提高了鋪磚機的智能化和自動化程度，同樣無法保證地磚的安裝精度。

根據以上國內外研究現狀可以看出，對地磚鋪貼裝置的設計研究取得了一定的科研成果，但不同裝置仍存在不同問題，或者施工使用受到作業條件的限制，或者人工工作量大，或者鋪貼效率低，或者墻地磚安裝精度差。因此，墻磚、地磚鋪貼裝置的設計技術仍需要被提高。

本文基于BIM的信息整合儲存和信息共享的核心價值，只針對BIM中的“I”（信息）對地磚鋪貼定位提示儀進行研究，將感應裝置和BIM信息終端緊密結合，從而形成先智能預設后操作施工的模式。針對感應紅外定位的不同場景，BIM信息終端能夠實現智能化的數據處理和共享，得出具體的預設鋪貼方案，最后，通過系統語音指令高效分析指導操作者進行施工作業。

2 智能化墻地磚鋪貼定位提示儀的設計理論

設計出一款基于BIM的智能化墻地磚鋪貼定位指示儀，提前預演磚塊鋪貼的方案，通過語音提示系統指導施工流程。目的是解決施工過程中存在的墻地磚接縫不平直、平面不平整，施工線不直等問題，保證提高安裝精度，從而提高施工工人的作業精度和效率，節約時間，降低施工成本，施工質量達優，使業主滿意。

為了提高墻面、地面和屋面的鋪貼作業精度和效率，本文擬設計一項智能化墻地磚鋪貼定位指示儀（如圖1所示），指示儀是通過智能化感應設備提前預演磚塊鋪貼的方案及預設可能存在的問題，并通過語音提示系統指導施工流程。

圖1 鋪貼定位指示儀

（1）該裝置的電源系統是使用常見的節能充電電池來供給電力，使的持久續航更加方便。在定位紅外裝置兩側上下運用4個感應紅外進行定位，提高工作的精度，BIM信息終端可通過感應紅外核實安裝作業行為是否符合預設方案的相關規定。

（2）該裝置的信號傳輸感應系統使得整個裝置形成緊密的網絡，該設計可實現智能化的數據處理和分析，其核心是BIM信息終端，隨著定位指示儀在室內外裝修的日常使用，其對施工數據信息進行收集儲存與共享，能夠保證實現定位提示儀的精度定位，并匹配該施工場所墻磚、地磚鋪貼的最佳方案。

（3）弧形的紅外面板設有刻度標注，刻度標注設置是采用底部1mm級，上部5mm級設置，適用于不同施工場景；縱向高度預設紅外，可通過BIM信息終端的參數設置來調整該項方案的作業高度，與橫向區域預設紅外緊密配合，從而大大提高施工作業的精度和效率；橫向區域預設紅外，可通過BIM信息終端的參數設置來控制紅外發射長度，從而識別橫向作業區域（當第一區域工作完成并經過語音提示系統報出無誤后，信號傳輸感應系統會根據已設置的參數自動進行下一區域的工作）。

（4）語音提示系統是可通過BIM信息終端把工程語言轉換為指令信號，該設計能夠讓施工人員清晰地聽到系統命令，根據科學的指令進行施工，從而提高施工效率。

3 智能化地磚鋪貼定位提示儀的應用

（1）定位提示儀與BIM相結合，如何實現BIM信息終端收集作業數據，實現儲存、共享、分析施工數據信息。

該智能化墻磚、地磚鋪貼定位提示儀是基于BIM中的“I”（信息）展開研究，其核心是利用BIM信息終端，終端會不斷收集儲存施工數據信息，從而能夠保證實現定位提示儀的精確定位。

提示儀合理的運用BIM與物聯網的集成應用，實現智能化墻磚、地磚鋪貼定位提示儀的精度定位。BIM信息終端數據庫，隨著指示儀在室內外裝飾裝修的日常使用，已儲存很多種相關鋪貼數據，在施工過程中，信息終端自定義完成鋪貼方案，同時，數據庫亦保存有最新消息。如果安裝作業行為不符合預設方案的相關要求，BIM信息終端會指引語音播報器發出報警，作業人員根據語音提示能夠精確完成墻磚、地磚的鋪貼，可大大提高工作的精度和效率。

（2）定位提示儀如何實現自動感應、智能分析糾偏、語音播報的功能，從而能更好地服務于整個施工工藝流程之中。

定位儀可應用于鋪貼墻面、地面和屋面磚塊，以鋪設地面為例展開研究。可將該裝置定位至所在施工區域，首先將該裝置的電源系統開啟；再把邊緣4個定位紅外裝置進行初始定位，此時信號傳輸感應系統工作通過BIM信息終端進行（磚塊大小、排布方案、鋪設厚度等）參數設置，接著信號傳輸感應系統傳遞命令至縱向高度預設紅外開始調整該項方案的作業高度，傳遞命令至橫向區域預設紅外開始識別區域預設方案。

預設施工方案確定后，開始指導施工。第一排橫向和第二排橫向預設紅外配合指導第一區域地磚的鋪設，兩排射線的交點定位地磚的頂點，如圖2所示。當操作人員根據實時的語音提示系統對前一區域的施工過程進行報錯并糾偏無誤后，信號傳輸感應系統會根據已設置的參數自動進行第二區域，即第一排橫向和第三排橫向預設紅外配合指導第二區域地磚的鋪設，如圖3所示。然后，語音提示系統糾正無偏差后再進入第三區域指導工作，如圖4所示。以此類推完成整個房間地面的鋪砌。

圖2 第一區域效果圖

圖3 第二區域效果圖

圖4 第三區域效果圖

4 結束語

通過BIM技術提前預演地磚鋪貼的方案，解決了現在地面磚塊鋪貼的精度難以把控的問題，語音提示指導施工流程，節約時間，降低施工成本，提高作業精度和效率，下一步的工作將集中在完善系統BIM信息終端的理論研究，有效進行參數設置，提高預演鋪貼方案的效率。